[实用新型]涡流传感器检测系统的滤波装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自动化仪表，尤其是指一种涡流传感器中使用的抗干扰移频窄带滤波装置。

背景技术

涡流传感器是五大常规无损检测方法(涡流、超声、磁粉、射线、渗透)中对应涡流无损检测方法所使用的装置，也是冶金行业中应用广泛的一种检测装置，主要用于钢铁生产线中的位置测量、缺陷测量等。

涡流传感器在检测使用中，具有反应速度快、测量精度高、并能在高温状态下正常检测，使用时无需特殊安全防护、安装维护方便等优点，被广泛地使用在钢铁业的各个生产线中，但由于涡流传感器是与其它大功率电子设备同时使用的，因此易被干扰，从而影响其检测精度。例如，在连铸高温浇铸生产中，使用涡流传感器测量钢水液位，结晶器钢水液位的精确测量检测是钢铁连铸生产过程中实现钢水液位自动控制的关键，也是影响成品铸坯质量的一个关键因素，而在浇铸时，为了同时满足大生产需要，在结晶器周围有各种各样用途的大功率电子设备在同时使用，如大功率钢水等离子电加热设备、电动设备等，造成涡流电子传感器的工作被干扰，从而影响其检测钢水液位的精度，导致整个浇铸过程的控制、工艺与产品质量受影响。例，有时为了生产需要，在使用涡流传感器的同时使用了中间包加热的等离子设备，其电子设备功率高达2MW，与涡流传感器在空间上距离又较近，只要启动该等离子设备，就会严重干扰涡流传感器的液面测量，造成液面速度快、波幅大的干扰动荡，钢水液位自动控制失效，严重影响了此状态下的正常浇铸生产。

图1所示的是一种目前冶金行业用来检测钢水液位所采用的捷克VUHZ公司生产的涡流传感器的检测系统的电原理框图，它包括涡流传感器(传感器探头)1、前置放大器2和中央计算单元3。涡流传感器1和前置放大器2安装在现场，中央计算单元3安装在控制室。首先中央计算单元3给出一个813Hz/10Vrms的交流信号，经过前置放大单元2，带动涡流传感器的驱动线圈，涡流传感器1的检测线圈检测到钢水位置的变化，产生一个很小的813Hz电压信号，由前置放大器2转换成电流信号进行远距离传输，送中央计算单元3。中央计算单元3根据信号的幅值和相位进行计算，得到液位信号，通过4-20mA信号送DCS控制系统，进行液位回路自动精确控制。中央计算单元3的输出信号送入生产现场的DCS控制系统4。

如果在检测液位的同时使用等离子装置进行中间包钢水加热，等离子的电弧会向空中与钢水中发散电磁辐射、通过中间包的交变电流会使周围的导体上产生感应电压、泄漏进钢水的电流也会对周围的涡流传感器产生电磁感应。最后在涡流液位传感器上会产生比较大的干扰。经过测试，等离子干扰信号经过变换传输后在计算单元的入口处的幅值大约最大为1Vpp，频率从50Hz到2.5KHz。干扰的频率覆盖了工作信号的频率。又经过测试，上述VUHZ涡流传感器的信号敏感范围从795Hz到835Hz，该频带以外的干扰对结果没有影响，频带内的信号有影响，特别是对813Hz工作频率附件的干扰影响最大。

对于这种情况，通常消除干扰的方法是对信号进行强化滤波，将工作频率以外的干扰信号过滤掉。由于系统控制过程的实时性要求较高，必须有适当的响应速度，响应时间大约等于带宽的倒数，也就是信号通过带宽要适当。为此希望滤波器带宽限定在工作频率的大致±1Hz范围内，将在该范围外将干扰信号衰减掉。

一个典型的传统带通滤波器的频率特性如图2所示(以衰减40dB为例)，包括：低频截止带(0～250Hz)，低频过渡带(250Hz～1KHz)，低频截止频率(1KHz)，通带(1KHz～5KHz)，高频截止频率(5KHz)，高频过渡带(5KHz～18KHz)，高频截止带(18KHz以上)。为了达到比较好的效果，过渡带宽要尽可能窄。对于传统的滤波器，无论有源还是无源，均为线性滤波器，其过渡频带的带宽宽度与截止频率的比值为是一个常数，该参数与滤波器的结构、滤波器的阶数有关，一般而言，低阶滤波器的过渡频带的带宽(以下简称过渡带宽)比较宽，高阶滤波器的过渡带宽比较窄，但是高阶受工艺约束，不是无限高阶的，因此传统滤波器的过渡带宽是比较宽的。按照-40dB带宽的要求，低通时，典型的滤波器的带宽大约为截止频率的2倍～10倍，高通时，典型的滤波器的带宽大约为截止频率的0.75～0.3倍。对于抗干扰滤波器而言，中心频率为813Hz，过渡带宽大约为250Hz～1.6KHz，这样已经大于液面计信号的敏感范围(795Hz～835Hz)，实在太宽，无法完成滤波功能。

为了解决过渡带宽过宽的问题，目前业内也有众多公开的技术方案：